У већини случајева откривање ефеката гравитације није тако тешко. Падобранци појуре према земљи оног тренутка када изађу из авиона, а захваљујући свемирским телескопима можете видети како светлост искрива у запањујуће прстенове помоћу масивних групација галаксија. Али показало се да је посебно тешко открити гравитационе таласе, мрешкање у простор-времену које је покренуо снажан космички догађај.
Сличан садржај
- Ове свемирске посластице укључују галактичко осмешно лице и међузвездану ружу
- Не, нисмо открили гравитационе таласе (још)
Већина досадашњих покушаја тражила је начин на који се очекује да би просторно-временске варалице утицале на светло и материју. Сада научници у САД-у и Израелу мисле да бисмо таласе могли брже и јефтиније пронаћи ако потражимо њихове ефекте на време уместо простора.
Лов за гравитационим таласима траје од 1916. године, када је Алберт Еинстеин предвиђао да би они требали постојати као део његове опште теорије релативности. Закључио је да су простор-време попут тканине, а оно што ми сматрамо гравитацијом је закривљеност у тој тканини узрокована масивним предметима. Попут кугле за куглање обешене у ћебе, на пример, наша масивна планета Земља крива простор-време око ње.
Теорија такође сугерира да ће се, када се стапају веома масивни предмети попут црних рупа, гравитациона експлозија послати раширења које се шире према ван кроз простор-време. Њихово откривање не би само наставило да потврђује Еинстеинову теорију, већ би отворило нови прозор у свемир, јер би научници могли да користе гравитационе таласе за испитивање иначе невидљивих догађаја у космосу. Али доказ гравитационих таласа је неухватљив, великим делом јер таласи постају слабији што даље путују, а многи извори гравитационог таласа се налазе на ивици свемира, удаљеној милијардама светлосних година.
Прошле године је експеримент назван БИЦЕП2 тврдио да је открио слабе сигнале повезане са типом примордијалног гравитационог таласа, произведеног наглим растом раста у раном свемиру. Тврдња је ипак била преурањена, јер су касније анализе смањиле самопоуздање да је БИЦЕП2 тим видео нешто више од вртње прашине на Млечном путу.
Планирана опсерваторија еЛИСА Европске свемирске агенције, која би требало да буде лансирана 2034. године, осмишљена је да детектује другачију врсту таласа: миллихерц-домет или нискофреквентни гравитациони таласи настали спајањем супермасивних парова црних рупа. Научници су открили супермасивне црне рупе у центрима многих великих галаксија, укључујући и нашу. Предвиђа се да коалесценција две такве галаксије емитује гравитационе таласе који се могу ширити по свемиру. Да би их пронашао, еЛИСА ће користити ласере за мерење ситних промена у размаку флоте свемирских летелица које би се морале догодити када гравитациони талас прође поред.
У новом раду Ави Лоеб из Харвард-Смитхсониан Центра за астрофизику и Дани Маоз са Универзитета у Тел Авиву истичу да би недавни напредак у рачунању времена могао да омогући атомским сатовима да детектују гравитационе таласе брже и јефтиније од еЛИСА. Они износе предлог низа атомског сата постављеног на различитим тачкама око сунца који би могли открити појаву звану временска дилатација, када гравитациони ефекти могу проузроковати успоравање времена.
Као и еЛИСА, њихов план такође захтева свемирске летелице у формацији и комуникацији помоћу ласера. Али уместо да преносе информације о променама на даљини, ласери ће пратити ситне разлике у часовима између синхронизованих атомских сатова инсталираних на свемирском броду.
Предвиђене временске промене су малене: „Говоримо о једном делу у милион билиона у прецизности времена“, каже Лоеб. "Да бисте открили такву промену, потребан вам је сат који неће добити нити изгубити само десетину секунде чак и ако би функционисао 4, 5 милијарди година, или целокупно доба Земље."
Донедавно је та врста тачности била изван могућности атомског сата који користи елемент цезијум, што је основа за тренутни међународни стандард чувања времена. Али почетком 2014. године, физичари Националног института за стандарде и технологију (НИСТ) открили су експериментални атомски сат „оптичке решетке“ који је поставио нове светске рекорде и у прецизности и у стабилности. Ови сатови раде на оптичким фреквенцијама и тако пружају већу тачност од атомских сатова цезијума, који се ослањају на микроталасе да би задржали време.
У теорији, оптички атомски сатови могу пружити прецизност неопходну за откривање ситних временских помака предвиђених гравитацијским таласима. Лоеб и Маоз тврде да би њихов дизајн био једноставнији и могао би их се постићи уз мање трошкове, јер би били потребни мање моћни ласери од еЛИСА. Атомски сатови ниже прецизности већ се користе на ГПС сателитима, тако да Лоеб сматра да би требало бити могуће послати и нову свемир атомског сата у свемир.
Две свемирске летелице постављене на десној удаљености могле су да осете и врх и корито пролазног гравитационог таласа. (Лоеб и др., Аркив.орг) Најбоље постављање било би пар атомских сатова инсталираних на свемирским бродовима који дијеле Земљину орбиту око Сунца. Главна свемирска летелица такође би била у орбити за координацију сигнала који долазе из такта. Летелица која носи сат требало би да буде раздвојена на око 93 милиона миља - отприлике удаљеност између Земље и Сунца, или једне астрономске јединице (АУ).
"То је лепа случајност, јер једна АУ је приближно једнака половини таласне дужине гравитационог таласа (ниске фреквенције), као што научници мисле да спајањем супермасивне црне рупе емитује", каже Лоеб. Другим речима, то би била тачна удаљеност да се осети и вршак и удес гравитационог таласа који пролази кроз Сунчев систем, тако да би атомски сатови постављени на ове две тачке доживели највеће временске ефекте дилатације.
За сада таква мисија није ни на једном радном месту свемирске агенције или буџету. Али Лоеб се нада да ће идеја покренути пажљивије проучавање алтернатива еЛИСА. Пројекат еЛИСА „имао је користи од деценија дискусије, па бисмо требали омогућити да се овај алтернативни дизајн проучи бар неколико месеци пре него што га одбацимо“.
Лоеб додаје да постоје бројне практичне примене од прецизнијег атомског сата у свемиру, попут боље ГПС прецизности и побољшане комуникације. Он сматра да би прве сатове оптичке решетке могли покренути предузећа у комерцијалне сврхе, а не владине агенције. "Ако се то догоди, свака наука која из ње извучемо био би нуспродукт", каже он.
Јун Ие, физичар са Универзитета у Колораду и сарадник из НИСТ-а, каже да је Лоеб и Маозов предлог „отворио нови интелектуални фронт“ о употреби оптичких атомских сатова за тестирање основне физике, укључујући претрагу гравитационих таласа. "Оптимистичан сам у погледу даљњег побољшања оптичких сатова и њихове евентуалне употребе у таквим апликацијама", каже Ие.
